DE2707833A1

DE2707833A1 - Verfahren zur aenderung und anpassung der klemmenspannung eines asynchron-motors

Info

Publication number: DE2707833A1
Application number: DE19772707833
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Kallas
Original assignee: Loher GmbH
Current assignee: Loher GmbH
Priority date: 1977-02-23
Filing date: 1977-02-23
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE2707833C2

Description

Verfahren zur Änderung und Anspassung der Klemmen-
spannung eines Asynchron-Motors.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Änderung und Anpassung der Klemmenspannung in Abhängigkeit von der Belastung und beim Anlauf eines Asynchron-Motors. Paßt man die Klemmenspannung der jeweiligen Belastung des Motors im Betrieb an, ist es möglich, für den jeweiligen Belastungszustand optimale Verhältnisse für den Wirkungsgrad und Leistungsfaktor zu erreichen. Zusätzlich besitzt der Motor mit der der jeweiligen Belastung angepaßten Klemmenspannung die geringstmögliche Verlustleistung. Wird die Reduzierung der Klemmenspannung nach der Beziehung vorgenommen, ergibt der daraus resultierende mägnetische Fluß gleiche Werte für Wirkungsgrad, Leistungsfaktor und Drehzahl sowie gleiche Relativwerte für Uberlastungsfähigkeit (Kippmoment), Kurzschlußstrom und Leerlaufstromverhältnis wie bei der für die Nennleistung vorgesehenen normalen Klemmenspannung. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anpassung der Klemmen spannung beim Betrieb mit wechselnder Last ermöglicht es, Verlustarbeit und damit elektrische Energie einzusparen, da die lastunabhängigen (spannungsabhängigen) .Verluste durch die Spannungsänderung erheblich zurückgehen. Die Erfindung sieht vor, die Änderung der Klemmenspannung entweder durch elektronische Steuergeräte oder durch Kombinationen aus vorgeschalteten Drosselspulen, Kondensatoren und Widerständen durchzuführen. Beim Einsatz elektronischer Steuergeräte. wird vorzugsweise eine kontinuierliche Änderung der Klemmenspannung durchgeführt.
Es ist aber auch möglich, die Änderung der Klemmenspannung für bestimmte Belastungsbereiche z.B. in Stufen von 25 % der Nennleistung vorzunehmen. Als Beurteilungs- und Steuergröße wird die Wirkkomponente des Ständerstromes verwendet. Neben der erheblichen Einsparung an energie durch die minimal mögliche Verlustarbeit wird der Motor bein 3etrieb mit wechselnder Belastung und der der jeweiligen Belastun6- angepaßten Spannung auch thermisch geringer beansprucht als beim Betrieb mit konetanter Spannung. Diese niedrigere thermische 3eanspruckung der Ständerwicklung, des Läufers und damit auch der Lager wirkt sich auf die Lebens- und Gebrauchsdauer des rotors sehr positiv aus. Der Betrieb des Motors nach der Erfindung bringt als weiteren vorteil eine erhebliche Reduzierung des 3lindstrombedarfes. Damit tritt eine Entlastung des Versorgungsnetzes in Bezug auf den Blindleistungsbedarf auf. Außerden ist eine Installierung von Kondensatoren zur Kompensation der Blindleistung für einzelne Motoren oder Motorgruppen nicht mehr erforderlich.
Die erfindungsgemäße inderung und Anpassung der Klemmenspannung des rotors beim 3etrieb mit wechselnder Belastung wird zusätzlich für die Anlaufperiode verwendet. 33 ist bekannt, durch Aufteilung der Ständerwicklung und Zusammenschalten von Wicklungsteilen in verschiedenen Schaltungss-ten die Einschaltscheinleistung gegenüber der direkten Einschaltung herabzusetzen. Neben dem Stern-Derieck-Anlauf sind verschiedene Möglichkeiten der Umschaltbarkeit der Ständerwicklung in den Buch von Schuisky "Elektromotoren", Springer Verlag Wien, Seiten 124 und 125 beschrieben.
Diese Art der Reduzierung der 3inschaltscheinleistung erfordert jedoch Sonderausführungen der Ständerwicklung mit Teilwicklungen oder Anzapfungen und damit einen entsprechend großen Schaltgeräteaufwand. Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine stufenlos veränderbare Einstellung der Klemmenspannung für den Anlauf des Motors vorgesehen. Es ist deshalb eine sehr gute Anpassung des Motordrehmomentes im Anlauf und damit eine optimale Reduzierung der Anlaufleistung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Anlaufbedingungen von Arbeitsmaschinen möglich.
Die Umschaltung von der den Anlaufverhältnissen angepaßten Klemmenspannung des Motors auf die veränderliche, von der wechselnden Belastung abhängigen Klemmenspannung wird zeit-oder drehzahlabhängig gesteuert.
Durch die fortschreitende Automatisierung von Arbeitsabläufen in allen Industrie- und Gewerbebereichenb wird der Anteil von rotoren, die mit stark wechselnder Belastung betrieben werden, immer größer. Die besonderen Vorteile des erfindungemäßen Verfahrens sind nachstehend nochmals zusammengefaßt.
Anlauf : Mit dem Drehmoment angepaßter Klemmenspannung Reduzierung der Anlaufleistung und entsprechende entlastung des speisenden Netzes Betrieb : Die Klemmenspannung wird kontinuierlich der wechselnden Belastung angepaßt minimale Verlustarbeit, dadurch erheblich Ernergieeinsparung Die Anspanung der Klemmenspanung ermöglicht Betrieb mit kontantemhohen Leistungsfaktor Reduzierung des Blindleistungsbedarfes Entlastung des speisenden netzes Die thermische 3eanspruchung des rotors liegt niedriger als bei Betrieb mit konstater Klemmenspannung Erhöhung der Lebens- und Gebrauchsdauer An einem oberflächengekühlten Drehstrom-Motor mit Käfigläufer, Leistung 120 kW, 4-polig wird die Erfindung beispielhaft erläutert: In der Tabelle 1 werden wärmebildende Verluste, Wirkungsgrad, Leistungsfaktor, Übertemperatur der Ständerwirklung und Drehzehl des Motors beim Betrieb mit konstanter Klemmenspannung (k) und des gleichen Motors mit der Ser Belastung angepaßten Z1e.nmenspannung (v) gegenübergestellt: Tabelle 1 Last 4/4 3/4 2/4 1/4 Wärmebildetnde (ir) 5,4 4,3 3,5 3,0 Verluste (kW) (v) 5,4 2,55 1,38 Wirkungs- (k) 95,4 94,4 90,9 grad (ß) (v) 95,7 95,3 95,9 95,6 Übertemp. der (k) 75 60 49 42 Std. Wicklg. (K) (v) 75 54 36 19 Leistungs- (k) 0,88 0,77 0,56 faktor (v) 0,88 0,89 0,90 0,90 Drehzahl (k) 1490 1493 1495 1498 1/min (v) 1490 1491 1491 1490 Die Tabelle 1 zeigt, daß die wärmebildenden Verluste, der Wirkungsgrad, der Leistungsfaktor, die Übertemperatur der Ständerwicklung bei Anpassung der Klemmenspannung an die jeweilige Belastung wesentlich günstiger sind als bei konstater Klemmenspannung. Wird der Motor für die in Tabelle 2 angeführte wechselnde Belastung während 1 Stunde eingesetzt , zeigen die ergebnisse in der gleichen Tabelle, wie gro die Energie-Einsparung und die Entlastung des versorgenden netzes in 3ezug auf die Blindleistung sind.
Tabelle 2 Zeit (min) 15 25 20 für 1 Std.
Last (kW) 120 (4/4) 30 (1/4) 60 (2/4) Verlustarbeit (k) 3,766 (kWh) (v) 2,758 Einsparung (kWh) 1,008 (%) 26,76 Leistungsfaktor (k) 0,88 0,56 0,77 v) 0,88 0,90 0,90

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Änderung und Anpassung der Klemmenspannung eines Asynchron-Motors beim Betrieb mit wechselnder Belastung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Klemmenspannung durch ein elektronisches Steuergerät in Abhängigkeit des Ständerwirkstromes geändert und dadurch die der Spannungsänderung proportionale Änderung des magnetischen Flusses der Belastung des Motors zur Erzielung optimaler Werte für Wirkungsgrad und Leistungsfaktor sowie minimaler Verlustleistung angepaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Klemmenspannung nach der Beziehung in Abhängigkeit der Belastung geändert wird.
UN Nennspannung Größen mit ...x PN Nennleistung für die jeveili für die jeweilige Belastung IN Nennstrom 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Klemmenspannung in STufen in Abhängigkeit von Belastungsbereichen geändert wird, z.B. für die Bereiche 3/4 bis 2/4 und 2/4 bis 1/4 der Nennleistung.
4. Verfahren zur Änderung und Anpassung der Klemmenspannung eines Asynchron-Motors beim Anlauf, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß neben Änderung und Anpassung im Betrieb nach Anspruch 1 zusätzlich durch eine weitere Funktion des elektronischen Steuergerätes drehzahl-oder zeitabhängig die Klemmenspannung beim Einschalten des Motors so herabgesetzt wird, daß einerseits ein Anlauf mit der anzutreibenden Maschine noch sicher möglich ist, andererseits eine Entlastung des versorgenden Netzes und der Zuleitungen erreicht wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beim Ausfall des elektronischen Steuergerätes die Versorgung des Motors mit Netzspannung unter überbrückung des Steuergerätes sichergestellt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Änderung der Klemmenspannung durch vorgeschaltete Xombinationen aus Drosseln, Widerständen und Kondensatoren mit den dazugehörigen Schaltgeräten erreicht wird.